專利名稱：一種澆鑄超大斷面鋼坯的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及鋼鐵冶金行業，特別是一種澆鑄超大斷面鋼坯的方法及裝置。
背景技術：
隨著機械制造業、船舶制造業、石油鉆井平臺、電站鍋爐、特種交通車輛、模具制造 等行業對鋼材品質及規格要求的提升，特厚鋼板，厚度> 200mm的需求不斷增加，傳統生產 工藝采用模鑄鋼錠經自由鍛造，可得到厚度要求的鋼板，但由于鍛造壓機能力、鍛造工藝參 數所限，鋼板的尺寸規格受到限制，鋼板的表面尺寸精度、粗糙度等級低。而現有技術中采用模鑄鋼錠通過開坯軋制特厚鋼板，要求軋機具有較大開坯能 力，由于鋼錠形狀及去除端部所致成材率不高；采用連鑄板坯軋制生產鋼板的厚度，由于壓 縮比所限，鋼板厚度受連鑄板坯厚度制約，目前成熟的板坯連鑄生產技術可提供厚度400mm 的厚板坯，可以用于厚度150mm以下厚鋼板的軋制；與之類似，大斷面管材、軸類等對大斷 面連鑄圓坯也有需求，而現有的圓坯連鑄生產技術僅能夠提供直徑600mm的圓坯。
發明內容
本發明的目的是提供一種生產厚度可達到IOOOmm的鋼板坯或直徑可達1200mm的 圓坯，并且第一、鑄坯的斷面尺寸特別是厚度或直徑可達到大型模鑄鋼錠同樣大小，第二、 鑄坯的內部質量及表面質量，形狀公差及尺寸精度可達到連鑄板坯、圓坯同樣技術指標的 澆鑄超大斷面鋼坯的方法及裝置。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種澆鑄超大斷面鋼坯的方法，其 方法特征是包括下列步驟
1)打開鋼水包下端的鋼包注流保護套管，鋼水流入中間罐；
2)中間罐內的鋼水至正常澆注液位時，結晶器外層的一次冷卻系統冷卻水開通，鑄坯 牽引裝置在液壓油缸的作用下上升至結晶器下方，通過引錠機構封堵結晶器下口，打開結 晶器浸入式水口將鋼水按鑄速導入結晶器內，鋼水在與結晶器的銅板接觸時，在一次冷卻 系統的作用下發生過冷凝固結成坯殼；
3)結晶器浸入式水口將鋼水按鑄速導入結晶器的同時，母材送進導向系統按鑄速同步 向結晶器內送進母材，并使母材處于結晶器內確定的位置；
4)鑄坯牽引裝置以一定的工藝速度向下移動，向下移動的同時結晶器振動裝置按設定 參數運動，實現振動脫模，鑄坯牽引裝置上的鑄坯離開結晶器出口沿著鑄坯誘導裝置向下 移動，結晶器浸入式水口繼續向結晶器內導入鋼水，鑄坯達到工藝要求長度時，結晶器浸入 式水口關閉，母材送進導向系統停止向結晶器內送進母材，鑄坯最上端完全脫離結晶器下 口時鑄坯牽引裝置停止向下運動，完成鑄坯澆注；
5)鑄坯出結晶器后進入二次冷卻系統，鑄坯表面按溫度控制模型得到噴水的二次冷 卻，坯殼繼續增厚直至完全凝固，形成板坯或圓坯，澆注結束；
6)澆注結束后，對板坯或圓坯頂端進行封頂，并加入起吊環，板坯或圓坯與牽引機構脫
4離，由移動車11將完全凝固的板坯或圓坯整體移至吊出位，由車間行車吊出。根據方法設計的一種澆鑄超大斷面鋼坯的裝置，它至少包括鋼水包、中間罐、結晶 器，其特征是鋼水包的下端固定有鋼包注流保護套管，鋼包注流保護套管的出口端置有中 間罐，中間罐的下部固定有結晶器浸入式水口，結晶器浸入式水口的輸出水口延伸至結晶 器內，結晶器的下端置有鑄坯誘導裝置，鑄坯牽引裝置置于鑄坯誘導裝置內部，結晶器上方 還置有母材送進導向系統。所述的母才送進導向系統包括送進機構與導向機構兩部分，送進機構由電動卷揚 裝置構成；導向機構由水平兩個方向的導向滾輪構成。所述的鑄坯牽引裝置的頂端連接有引錠機構，引錠機構對應結晶器下端開口的位 置設置有引錠頭，引錠機構在下端鑄坯牽引裝置的液壓油缸作用下上升到最高點時，引錠 機構的弓I錠頭將結晶器下端開口完全封堵。所述的中間罐的下部固定有2-4支結晶器浸入式水口，2-4支結晶器浸入式水口 的輸出水口均延伸至結晶器內。所述的結晶器的形狀是矩形或圓柱形，結晶器的側壁是銅板，銅板外固定有一次 冷卻系統，一次冷卻系統是一套水循環冷卻機構。所述的鑄坯誘導裝置的外側上部固定有結晶器振動裝置，鑄坯誘導裝置的外側其 它部位固定有鑄坯二次冷卻系統，鑄坯誘導裝置與鑄坯二次冷卻系統相互交錯排列。所述的鑄坯二次冷卻系統包括供水單元及噴射冷卻單元，供水單元提供鑄坯二次 冷卻水源并調節控制水量，噴射單元向鑄坯的內外表面噴射霧化的冷卻水。所述的鑄坯二次冷卻系統正下方置有移動車，鑄坯澆注完成后將成品的鑄坯置于 移動車內，最終由移動車將完全凝固的鑄坯移至吊出位。所述的母材是冷態鋼坯，成份與所澆注鋼水成份相同。本發明的優點是增加了母材送進導向系統，采用了母材與鋼水同時澆注，鋼水在 母材表面與結晶器銅板表面內外同時凝固，縮短了鑄坯斷面的凝固進程，減少了整個斷面 的凝固時間，解決了中間部分凝固傳熱時間過長的難題，而鋼水與母材之間的凝固過程稱 作反向凝固，利用反向凝固原理是解決超厚板坯或超大直徑圓坯鑄造成型的可行方法。
下面結合實施例附圖對本發明作進一步說明 圖1是本發明實施例所用裝置的結構示意圖。圖中1、鋼水包；2、鋼包注流保護套管；3、中間罐；4、結晶器浸入式水口 ；5、結晶 器；6、結晶器振動裝置；7、引錠機構；8、鑄坯誘導裝置；9、鑄坯二次冷卻系統；10、鑄坯牽引 裝置；11、移動車；12、鑄坯；13、母材送進導向系統；14、引錠頭。
具體實施例方式實施例1
如圖1本實施例所用裝置的結構示意圖所示，本裝置主要由鋼水包1、鋼包注流保護套 管2、中間罐3、結晶器浸入式水口 4、結晶器5、結晶器振動裝置6、引錠機構7、鑄坯牽引裝 置10、母材送進導向系統13構成；鋼水包1、中間罐3、結晶器5由上至下依次布置，形成立
5式結構。鋼水包1的下端固定有鋼包注流保護套管2，鋼包注流保護套管2的出口端置有中 間罐3，中間罐3的下部固定有結晶器浸入式水口 4，結晶器浸入式水口 4的輸出水口延伸 至結晶器5內，結晶器5的下端置有鑄坯誘導裝置8，鑄坯誘導裝置8的上部外側固定有結 晶器振動裝置6，鑄坯牽引裝置10置于鑄坯誘導裝置8內部，鑄坯牽引裝置10的頂端連接 有引錠機構7，引錠機構7對應結晶器5下端開口的位置設置有引錠頭14，鑄坯牽引裝置10 在其液壓油缸的作用下能夠實現升降，引錠機構7在下端鑄坯牽引裝置10的液壓油缸作用 下上升到最高點時，引錠機構7的引錠頭14將結晶器5下端開口完全封堵，鑄坯牽引裝置 10下降時，引錠機構7沿著結晶器5下端的鑄坯誘導裝置8向下移動。中間罐3的下部固定有2-4支結晶器浸入式水口 4，2-4支結晶器浸入式水口 4的 輸出水口均延伸至結晶器5內。結晶器5上方還設置有母材送進導向系統13，母才送進導向系統13包括送進機構 與導向機構兩部分，送進機構由電動卷揚裝置構成用于使得反向凝固母材按鑄坯澆鑄速度 同步移動，既與鑄坯牽引速度相同，具有速度調節功能；母材導向機構由水平兩個方向的導 向滾輪構成，準確固定母材在結晶器內的位置，并在送進過程中保持不變。實施例2
上述實施例所述的結晶器5的形狀是矩形或圓柱形，具體形狀根據具體鑄坯12的形狀 而定，澆鑄板坯時使用矩形結晶器，而澆鑄圓坯時使用圓型結晶器。結晶器5的上端開口與 結晶器浸入式水口 4連接，結晶器5的下端開口置有引錠機構7，結晶器5的側壁是銅板，銅 板外固定有一次冷卻系統，一次冷卻系統是一套水循環冷卻機構，水循環冷卻機構再各各 領域均有廣泛應用在此不進行詳細介紹，一次冷卻系統銅板與結晶器5形狀相吻合即可。實施例3
本實施例與實施例1結構基本相同，不同之處在于增加了鑄坯二次冷卻系統9，鑄坯誘 導裝置8的外側上部固定有結晶器振動裝置6，鑄坯誘導裝置8的外側其它部位固定有鑄坯 二次冷卻系統9，鑄坯誘導裝置8與鑄坯二次冷卻系統9相互交錯排列；鑄坯二次冷卻系統 9包括供水單元及噴射冷卻單元，供水單元提供鑄坯二次冷卻水源，噴射單元向鑄坯的內外 表面噴射霧化的冷卻水，結晶器5外層的一次冷卻系統對鑄坯進行一次冷卻，鑄坯12經過 一次冷卻后表面凝固形成坯殼，但內部仍有部分未完全凝固，經過二次冷卻系統的噴射冷 卻后實現鑄坯12的完全凝固，形成板坯或圓坯。鑄坯二次冷卻系統9正下方還置有移動車11，鑄坯完成后將成品的板坯或圓坯吊 裝至移動車11內，最終由移動車11將完全凝固的板坯或圓坯整體吊出。實施例4
上述實施例的主要工藝方法，包括下列步驟
(1)打開鋼水包1下端的鋼包注流保護套管2，鋼水流入中間罐3；
(2)中間罐3內的鋼水至正常澆注液位時，結晶器5外層的一次冷卻系統冷卻水開通， 鑄坯牽引裝置10在液壓油缸的作用下上升至結晶器5下方，通過引錠機構7封堵結晶器5 下口，打開結晶器浸入式水口 4將鋼水按鑄速導入結晶器5內，鋼水在與結晶器5的銅板接 觸時，在一次冷卻系統的作用下發生過冷凝固結成坯殼；
(3)結晶器浸入式水口4將鋼水按鑄速導入結晶器5的同時，母材送進導向系統13按鑄速同步向結晶器5內送進母材，并使母材處于結晶器5內確定的位置。(4)鑄坯牽引裝置10以一定的工藝速度向下移動，向下移動的同時結晶器振動裝 置6按設定參數運動，實現振動脫模，鑄坯牽引裝置10上的鑄坯12離開結晶器5出口沿著 鑄坯誘導裝置8向下移動，結晶器浸入式水口 4繼續向結晶器5內導入鋼水，鑄坯12達到 工藝要求長度時，結晶器浸入式水口 4關閉，母材送進導向系統13停止向結晶器5內送進 母材，鑄坯12最上端完全脫離結晶器5下口時鑄坯牽引裝置10停止向下運動，完成鑄坯澆 注；
(5)鑄坯12出結晶器后進入二次冷卻系統，鑄坯12表面按溫度控制模型得到噴水的二 次冷卻，坯殼繼續增厚直至完全凝固，形成板坯或圓坯，澆注結束；
(6)澆注結束后，可對板坯或圓坯頂端進行封頂，并加入起吊環，板坯或圓坯與牽引機 構脫離，由移動車11將完全凝固的板坯或圓坯整體移至吊出位，由車間行車吊出。
上述的母材是冷態鋼坯，成份與所澆注鋼水成份相同，鋼水包1盛裝由電爐或轉爐及 二次精煉按成份、溫度等要求供應的合格鋼水；
反向凝固法的原理是以冷態鋼坯作為母體，以一定的速度穿過結晶器，由于母體的溫 度遠遠低于結晶器內鋼水的溫度，在母體表面附近形成足夠大的過冷度，鋼水從母體表面 開始凝固生長。母體受熱由外向內呈現熔融趨勢，在母體未完全熔化前連同新結晶的金屬 離開結晶器時得到的固態金屬即為反向凝固成型的坯料。生產時在母體周圍注入鋼水，此時鋼水中間是冷態的母體，四周由結晶器銅板形 成的形腔限定，結晶器銅板由冷卻水強制冷卻。這樣鋼水在結晶器內，中間有母體過冷作 用，周邊有銅板過冷作用，鋼水在芯部與周邊同時結晶凝固，在周邊的坯殼達到足夠的厚度 以支撐鋼水的壓力時，就可以在外力作用下離開結晶器而形成鑄坯，此時已凝固鑄坯芯部 與坯殼之間的鋼水，通過傳熱繼續降溫、結晶，直至完全凝固，利用反向凝固原理是解決超 厚板坯或超大直徑圓坯鑄造成型的可行方法。本發明利用金屬反向凝固機理，將超厚板坯或超大直徑圓坯澆注轉化為鋼水在結 晶器銅板相接觸的周邊正常冷卻凝固，鑄坯內部沿母材周邊反向凝固的綜合過程，使得澆 注超厚板坯或超大直徑圓坯成為可能，并具備工業生產的可操作性。由于采用了母材與鋼水同時澆注，鋼水在母材表面與結晶器銅板表面內外同時凝 固，縮短了板坯斷面的凝固進程，減少了整個斷面的凝固時間，解決了中間部分凝固傳熱時 間過長的難題。鋼水與結晶器銅板表面接觸的傳熱、結晶、凝固過程為通常的金屬傳熱凝 固。而鋼水與母材之間的凝固過程稱作反向凝固。這種超厚板坯的澆注方法解決了兩個技術難題。一是其產品是超厚、超大斷面板 坯或超大直徑圓坯，而不是鑄錠，鑄坯的幾何及尺寸精度要達到現有連鑄坯的水平，可以在 保溫、加熱后直接軋制特厚鋼板或用于管坯、軸類坯料，不需要切掉頭尾，金屬收得率提高； 其次由于鑄坯內部為反向凝固過程，吸收了鋼水熱量，通過鑄坯表面傳遞的熱量減少，凝固 進程加快，鑄坯內部避免了常規凝固傳熱過程芯部最后凝固而帶來的成份偏析、組織疏松 缺陷，板坯質量提高。同樣解決了澆鑄超大直徑圓坯時遇到的問題。
權利要求
一種澆鑄超大斷面鋼坯的方法，其方法特征是包括下列步驟1)打開鋼水包(1)下端的鋼包注流保護套管(2)，鋼水流入中間罐(3)；2)中間罐(3)內的鋼水至正常澆注液位時，結晶器(5)外層的一次冷卻系統冷卻水開通，鑄坯牽引裝置(10)在液壓油缸的作用下上升至結晶器(5)下方，通過引錠機構(7)封堵結晶器(5)下口，打開結晶器浸入式水口(4)將鋼水按鑄速導入結晶器(5)內，鋼水在與結晶器(5)的銅板接觸時，在一次冷卻系統的作用下發生過冷凝固結成坯殼；3)結晶器浸入式水口(4)將鋼水按鑄速導入結晶器(5)的同時，母材送進導向系統(13)按鑄速同步向結晶器(5)內送進母材，并使母材處于結晶器(5)內確定的位置；4)鑄坯牽引裝置(10)以一定的工藝速度向下移動，向下移動的同時結晶器振動裝置(6)按設定參數運動，實現振動脫模，鑄坯牽引裝置(10)上的鑄坯(12)離開結晶器(5)出口沿著鑄坯誘導裝置(8)向下移動，結晶器浸入式水口(4)繼續向結晶器(5)內導入鋼水，鑄坯(12)達到工藝要求長度時，結晶器浸入式水口(4)關閉，母材送進導向系統(13)停止向結晶器(5)內送進母材，鑄坯(12)最上端完全脫離結晶器(5)下口時鑄坯牽引裝置(10)停止向下運動，完成鑄坯澆注；5)鑄坯(12)出結晶器后進入二次冷卻系統，鑄坯(12)表面按溫度控制模型得到噴水的二次冷卻，坯殼繼續增厚直至完全凝固，形成板坯或圓坯，澆注結束；6)澆注結束后，對板坯或圓坯頂端進行封頂，并加入起吊環，板坯或圓坯與牽引機構脫離，由移動車(11)將完全凝固的板坯或圓坯整體移至吊出位，由車間行車吊出。
2.根據方法設計的一種澆鑄超大斷面鋼坯的裝置，它至少包括鋼水包(1)、中間罐 (3)、結晶器(5)，其特征是鋼水包(1)的下端固定有鋼包注流保護套管(2)，鋼包注流保護 套管(2)的出口端置有中間罐(3)，中間罐(3)的下部固定有結晶器浸入式水口(4)，結晶器 浸入式水口(4)的輸出水口延伸至結晶器(5)內，結晶器(5)的下端置有鑄坯誘導裝置(8)， 鑄坯牽引裝置(10)置于鑄坯誘導裝置(8)內部，結晶器(5)上方還置有母材送進導向系統 (13)。
3.根據權利要求1所述的一種澆鑄超大斷面鋼坯的方法，其特征是所述的母才送進 導向系統(13)包括送進機構與導向機構兩部分，送進機構由電動卷揚裝置構成；導向機構 由水平兩個方向的導向滾輪構成。
4.根據權利要求1所述的一種澆鑄超大斷面鋼坯的方法，其特征是所述的鑄坯牽引 裝置(10)的頂端連接有引錠機構(7)，引錠機構(7)對應結晶器(5)下端開口的位置設置有 引錠頭(14)，引錠機構(7)在下端鑄坯牽引裝置(10)的液壓油缸作用下上升到最高點時， 引錠機構(7 )的引錠頭(14 )將結晶器(5 )下端開口完全封堵。
5.根據權利要求1所述的一種澆鑄超大斷面鋼坯的方法，其特征是所述的中間罐(3) 的下部固定有2-4支結晶器浸入式水口(4)，2-4支結晶器浸入式水口(4)的輸出水口均延 伸至結晶器(5)內。
6.根據權利要求1所述的一種澆鑄超大斷面鋼坯的方法，其特征是所述的結晶器(5) 的形狀是矩形或圓柱形，結晶器(5)的側壁是銅板，銅板外固定有一次冷卻系統，一次冷卻 系統是一套水循環冷卻機構。
7.根據權利要求1所述的一種澆鑄超大斷面鋼坯的方法，其特征是所述的鑄坯誘導 裝置(8)的外側上部固定有結晶器振動裝置(6)，鑄坯誘導裝置(8)的外側其它部位固定有鑄坯二次冷卻系統(9)，鑄坯誘導裝置(8)與鑄坯二次冷卻系統(9)相互交錯排列。
8.根據權利要求7所述的一種澆鑄超大斷面鋼坯的方法，其特征是所述的鑄坯二次 冷卻系統(9)包括供水單元及噴射冷卻單元，供水單元提供鑄坯二次冷卻水源并調節控制 水量，噴射單元向鑄坯的內外表面噴射霧化的冷卻水。
9.根據權利要求7所述的一種澆鑄超大斷面鋼坯的方法，其特征是所述的鑄坯二次 冷卻系統(9)正下方置有移動車(11)，鑄坯澆注完成后將成品的鑄坯(12)置于移動車(11) 內，最終由移動車(11)將完全凝固的鑄坯移至吊出位。
10.根據權利要求1所述的一種澆鑄超大斷面鋼坯的方法，其特征是所述的母材是冷 態鋼坯，成份與所澆注鋼水成份相同。
全文摘要
本發明涉及鋼鐵冶金行業，特別是一種澆鑄超大斷面鋼坯的方法及裝置，其方法包括六個步驟完成對板坯或圓坯頂端進行封頂，并加入起吊環，板坯或圓坯與牽引機構脫離，由移動車將完全凝固的板坯或圓坯整體移至吊出位；其裝置包括鋼水包、中間罐、結晶器，其特征是鋼水包的下端固定有鋼包注流保護套管，鋼包注流保護套管的出口端置有中間罐，中間罐的下部固定有結晶器浸入式水口，結晶器浸入式水口的輸出水口延伸至結晶器內，結晶器的下端置有鑄坯誘導裝置，鑄坯牽引裝置置于鑄坯誘導裝置內部，結晶器上方還置有母材送進導向系統。它提供了一種形狀公差及尺寸精度可達到連鑄板坯、圓坯同樣技術指標的澆鑄超大斷面鋼坯的方法及裝置。
文檔編號B22D11/041GK101941061SQ20101029907
公開日2011年1月12日 申請日期2010年10月8日 優先權日2010年10月8日
發明者孫念光, 閻善武, 閻瑞河, 陳崗, 陳立柱, 黎軍峰 申請人:閻瑞河;陜西多倫科技發展有限公司